魚骨圖技術在三坐標測量曲線輪廓度中的應用

趙彥 趙志彬

摘要：利用魚骨圖分析技術讓學生掌握腔盤模具母線輪廓度的測量，即按照接受任務、制訂測量方案、測量工件、分析測量數據、總結與拓展五環節實施。教師主要通過設置問題方式來引導學生學習，評價學習結果。學生完成了學習任務，學習了相應的知識和技能，提高了職業素養，達到了舉一反三的學習效果。經過此模式訓練后，學生的綜合職業能力得到良好提升。

關鍵詞：魚骨圖；曲線輪廓度；三坐標測量

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）19-0071-03

一、引言

在現代制造業中，精密的坐標測量系統越來越多地應用于生產過程。人們不再單純依靠傳統的專用工裝量具方法完成對簡單或復雜零件的測量，因為此方法成本高、效率低，無法實現柔性、通用的計量檢測，對產品質量的控制能力和應變能力也較差[1]。

學院數控加工專業開設了的機械產品幾何量精密測量一體化課程，其中利用三坐標測量機解決通用量具無法測量的問題是教學設計中一個方向。一體化課程中的魚骨圖技術，以一項具體的工作任務為載體，通過五個邏輯遞進的環節完成任務目標。學生經過此過程的訓練，能夠學習該任務涉及的知識點和技能點，達到舉一反三的學習效果，提高了綜合職業能力。

二、魚骨圖分析技術

魚骨圖顧名思義像魚的骨架，頭尾間用粗線連接，有如脊椎骨。我們的工作流程是從魚尾到魚頭，魚頭代表了任務目標，脊椎就是達成目標的所需的工作步驟。

圖1給出了魚骨圖脊椎的五個環節。圖的下方給出了完成各個環節的輸出結果、工作流程和職業素養要求。圖的上方給出了對應工作流程所需的知識點和技能點。本文將魚骨圖技術應用于曲線輪廓度的三坐標測量，通過企業的工作任務，讓學生親身參與到實際工作中來，學習和掌握與工作過程相關的知識點和技能點，從而獲得與工作崗位更貼近的工作能力。

本文主要采用過程引導的教學方式。教師的作用是為學生提供能夠獨立探究的情境，讓學生發現要學習的內容，然后再將這些內容與已有知識相聯系，達到解決問題，提高技能的目的。

三、接受任務

是指學生獲得與工作過程相關知識和信息的階段。學生主要通過提煉任務書要點，鍛煉閱讀理解和獲取信息的能力。鼓勵學生通過文字、視頻、因特網等途徑為完成任務搜集資料。

（一）輸出結果

本環節的輸出結果是明確測量要求、工期，選定設備和輔具。

（二）工作流程

1.識讀任務單。學生接到該任務后，根據現有的測量設備設施條件和已掌握的知識技能進行綜合分析。

2.識讀圖紙，確定可行性。教師設置了3個問題引導學生讀圖。圖2給出了模具加工圖及其部分尺寸，從中可知，問題1：模具的輪廓母線從右向左是由

種圓弧線和一條直線相切而成？問題2：評價母線輪廓度時，誰是基準？誰是被測對象？問題3：在找到母線路徑前，首先要正確建立 。

上述3個問題主要目的是讓學生讀懂圖紙，并明白任務要求，為完成任務開拓思路。

（三）職業素養

經過接受任務這一環節的訓練，學生的快速閱讀，獲取信息能力得到了提高。

四、制訂測量方案

本環節是根據已經獲得的信息，分析項目目標和需求，設計與規劃完成項目的步驟與方法，形成曲線輪廓度的測量方案。方案的制訂，教師是引導者、協助者、評價者，學生是主體。

（一）輸出結果

輸出結果是測量流程單、工量夾具清單。表1給出了本方案主要結果元素。

學生小組討論，確定好測量流程。教師判斷學生對方案中每個步驟是否達到熟知的程度，以免學生在后期出錯，影響測量精度和效率。

（二）工作流程

1.確定測量坐標系。問題1：為了降低測量誤差，應盡量保證 基準、 基準與 基準相重合。這是建立坐標系要考慮的準則。問題2：依據所學的機械制造技術知識，分析模具加工基準和工藝流程？問題3：模具加工完畢后，理想情況下，側曲面的中心線與端面的法線相 。（A平行 B垂直 C相交）其精度靠機床本身來保證，在 mm以內。φ50×15圓柱中心線與側曲面的中心線相 。其位置度靠機床本身精度來保證，在 mm以內。

上述3個問題目的是檢查學生思路，讓學生明白加工基準，測量基準和建立坐標系的關系。

2.確定母線掃描路徑。問題1：模具的外輪廓與其母線有什么關系？母線有哪些特征？問題2：如果兩平面相交，其交線是一條 。如果平面和曲面相交，其交線是一條 。

上述問題目的是先讓學生復習已學過的初中幾何知識，將知識應用到解決實際問題上。教師判斷學生對母線的理解和創建思路是否正確

3.確定采點布局。大部分學生都傾向于采點密度無限大，因為學生更多關注測量精度和測量結果的準確程度，而非效率和測量系統的精度。教師要讓學生學會權衡得失。

問題1：模具有效使用部分在哪里？這部分的母線采點密度有什么要求？其余部位采點密度有什么要求？

（三）職業素養

培養了學生的空間想象和邏輯思維能力，增進了效率意識。

五、測量工件

本環節是利用前面環節獲得的知識、技能進行模具母線輪廓度的測量。更重要的是將方案落到實處，并做到遇到問題及時調整。學生發揮主體作用，教師引導學生總結記錄工作過程，并學會一些專業術語，為以后良好的工作習慣的養成奠定基礎。

（一）輸出結果

本環節的輸出結果是測量報告。

（二）工作流程

學生討論后得出以下三步工作流程。

1.建立測量坐標系。教師設置問題，加強學生對過程的認識，并讓學生具備總結一般性規律的意識。

問題1：選取模具加工基準面的法線為 軸，這是坐標系的第一軸。圓柱中心線與端面的交點B，在端面右側選擇一點A，B指向A的連線為第二軸 軸。第三軸 軸垂直于前兩軸。坐標系的原點設在 與 交點上。

學生建立好的坐標系要與三坐標測量機默認的坐標系正方向相一致，并與圖3給出的坐標軸相一致。

2.創建母線掃描路徑。學生根據方案建立了模具與理論模型的數據連接，并設置了一條母線的掃描路徑和采點密度如何實現間隔為120°的3條母線路徑是本過程的難點。教師設置問題引導學生記錄路徑創建過程。

問題1：本次測量要求測間隔為120°的3條母線的曲線輪廓度，當找到一條母線掃描路徑后，可通過旋轉 的方法，找到另外兩條母線。其旋轉角度分別是 度和 度。

本題目能夠讓學生掌握回轉體不同位置母線的設置方法。圖4給出了學生所創建的平面，其中曲線1就是一條母線。本文要評價b點之上部分母線的輪廓度。如果學生創建的母線掃描路徑與圖4所示相一致，說明學生已掌握了在曲面創建曲線的方法。

3.實施測量。圖5（見下頁）給出了評價結果。

（三）職業素養

測量工件這一環節主要培養了學生安全規范意識，嚴謹細致的工作能力。

六、分析測量數據

本環節是對前期工作進行合理性評價的重要環節，是給出結論的環節。此任務要求學生明確曲線類數據分析流程，學習測量結果的評價方式，并分析產生測量誤差的原因。

教師通過問題引導學生在給出結論前學會全面、細致的思考，不可只依賴于軟件結果。

（一）輸出結果

本環節輸出結果是測量方法及其準確性評價，其模板如圖5所示。

（二）工作流程

1.分析理論曲線。圖5給出了一條實測母線輪廓與理論母線輪廓對比圖，從中可以看出：問題1：實測值位于理論值 ，（A上方 B下方）說明實測輪廓值 理論輪廓值，（A大于 B小于）此理論值是模具的 極限尺寸。最大偏差是 ，是否超出公差0.1mm。問題2：由圖5得到的曲線輪廓度是 ，該值有無考慮公差0.1mm的技術要求？該值是準確的曲線輪廓度值嗎？

上述兩個問題目的是讓學生明白評價曲線輪廓度時，要和公差范圍內的理論曲線作對比。如果學生未思考理論曲線的公差，則給出的結論是錯誤的。

問題3：加工者按照模具基本尺寸編制好加工程序后，通過修改 來得到滿足公差要求的輪廓。問題4：依據上述問題判斷能否根據加工結果找到評價曲線輪廓度所需的理論正確幾何形狀線？

上述兩個問題是讓學生明確理論曲線的形成，從而找到正確評判的基準。

2.正確處理實測值。問題1：怎樣正確處理實測值才能得到相對準確的曲線輪廓度？問題2：利用三坐標calypso軟件里處理實測值的“擬合”命令[2]后，沿x方向平移 找到了最佳擬合點，此擬合值必需小于公差0.1mm。問題3：最佳擬合后的曲線輪廓度分別是多少？

上述問題目的是讓學生學會正確處理實測值，并判斷結果是否滿足圖紙要求。圖6給出了學生擬合后輪廓度，相比圖5小了0.0715，此結果相對準確。同理可得另外兩條母線。

3.判別實測值是否符合圖紙要求。學生總結圖6中擬合和結果位置內容，給出了3條母線沿x方向的平移量及其輪廓度數據，如表2所示。從中可知平移量基本在公差范圍之內，所得輪廓度約為0.05，滿足圖紙要求。

（三）職業素養

本環節主要培養了學生數據分析和溝通協調能力。

七、總結與拓展

在此環節教師也能及時發現教學過程中的問題，從而在新一輪的教學設計和實施時，通過調整與改善，提升教學質量。總之，教師要善于引導學生使得本環節成為一個學生參與下一步學習的加油站。

（一）輸出結果

本環節輸出結果是測量任務技術總結和拓展任務的測量方案。

（二）工作流程

1.撰寫技術總結。撰寫測量任務技術總結階段，要求學生對學習過程進行回顧，總結問題和經驗，并寫出書面的報告。教師提供技術總結模板引導學生思考。

2.編寫測量方案。完成本學習任務后，為了進一步拓展和訓練學生對于曲線輪廓度的測量知識和技能，達到舉一反三的學習效果，必須給出拓展學習任務。

（三）職業素養

本環節主要培養了學生技術總結寫作能力和舉一反三學習能力。

八、小結

本文利用魚骨圖分析技術引導學生完成一項企業檢測任務。通過五個環節，以及各個環節中的輸出結果、工作流程、職業素養等內容，訓練了學生從全局出發分析、解決問題的能力，培養了學生嚴謹、細致的工作作風。學生在學習過程中，教師是引導者、協助者、評價者，學生是主體。學生在專業技能提高的同時，其邏輯思維能力也得到了提高。學生增進了知識，拓展了完成企業任務的工作經驗，達到了舉一反三的學習效果，最終學生綜合職業能力得到提升。

參考文獻：

[1]馬驪群，曹鐵澤，王繼虎，等.便攜式坐標測量系統在航空發動機關鍵部件檢測中的應用[J].理論與實踐，2008，28（6）：9-12，19.

[2]Carl Zeiss 3D Metrology Services. Calypso4.4 軟件教程[M].德國：Carl Zeiss 3D Metrology Services GmbH，2005.